Когато го чуете за първи път, идеята, че светлината може да има маса, може да изглежда смешна, но ако тя няма маса, защо светлината се влияе от гравитацията? Как може да се каже, че нещо без маса има инерция? Тези два факта за светлината и „частиците светлина“, наречени фотони, може да ви накарат да се замислите два пъти. Вярно е, че фотоните нямат инерционна маса или релативистка маса, но в историята има нещо повече от този основен отговор.
TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)
Фотоните нямат инерционна маса и релативистка маса. Експериментите показват, че фотоните все пак имат инерция. Специална теория на относителността обяснява този ефект теоретично.
Гравитацията въздейства на фотоните по начин, подобен на начина, по който влияе върху материята. Теорията на Нютон за гравитацията би забранила това, но експерименталните резултати, потвърждаващи, добавят силна подкрепа за теорията на Айнщайн за общата теория на относителността.
Фотоните нямат инерционна маса и релативистка маса
Инерционната маса е масата, дефинирана от втория закон на Нютон:
а = F / м. Можете да мислите за това като за устойчивост на обекта на ускорение при прилагане на сила. Фотоните нямат такова съпротивление и пътуват с възможно най-бързата скорост през космоса - около 300 000 километра в секунда.Според теорията на Айнщайн за специалната относителност всеки обект с маса в покой получава релативистка маса тъй като тя се увеличава в инерция и ако нещо трябва да достигне скоростта на светлината, това би било безкрайно маса. И така, имат ли фотоните безкрайна маса, защото пътуват със скоростта на светлината? Тъй като те никога не идват да почиват, има смисъл, че не може да се счита, че имат маса за почивка. Без маса за почивка тя не може да бъде увеличена като другите релативистки маси и ето защо светлината може да пътува толкова бързо.
Това създава последователен набор от физически закони, които се съгласяват с експериментите, така че фотоните нямат релативистка маса и инерционна маса.
Фотоните имат инерция
Уравнениетостр = mvопределя класическия импулс, къдетостре инерция,ме маса иvе скоростта. Това води до предположението, че фотоните не могат да имат инерция, тъй като нямат маса. Резултати като известните експерименти с разсейване на Комптън обаче показват, че те имат инерция, колкото и объркващо да изглежда. Ако застреляте фотони в електрон, те се разпръскват от електроните и губят енергия по начин, съобразен със запазването на импулса. Това беше едно от ключовите доказателства, използвани от учените за уреждане на спора за това дали светлината се държи като частица, както и вълна понякога.
Общият енергиен израз на Айнщайн предлага теоретично обяснение защо това е вярно:
E ^ 2 = p ^ 2c ^ 2 + m_ {почивка} ^ 2c ^ 2
В това уравнение° Спредставлява скоростта на светлината имПочивка е масата на почивката. Фотоните обаче нямат маса в покой. Това пренаписва уравнението като:
E ^ 2 = p ^ 2c ^ 2
Или, по-просто:
p = \ frac {E} {c}
Това показва, че фотоните с по-висока енергия имат повече инерция, както бихте очаквали.
Светлината се влияе от гравитацията
Гравитацията променя хода на светлината по същия начин, както променя хода на обикновената материя. В теорията на Нютон за гравитацията силата влияе само на неща с инерционна маса, но общата теория на относителността е различна. Материята деформира пространството-време, което означава, че нещата, които се движат по прави линии, поемат различни пътища в присъствието на извито пространство-време. Това засяга материята, но засяга и фотоните. Когато учените наблюдават този ефект, той се превръща в ключово доказателство, че теорията на Айнщайн е вярна.
